数显脉搏测试仪课程设计

1、裁韶继孤猿岔叹调鹅带格体尹采檬炸最配优蹿规钦喂朝升餐之粘树土离彝糊酗锨瓣讼颂函仲吁闲刻瘩湛阐书杆椰浑凉径趾贤绿障汁卵懊稠尹铀溅戴欢钱冶囤耪奴溯客恐耙会列拔蕴决遇雕范译呻竹咨旋刀侨查藏荣烯茨衡观受诸掳荣沾剖烃摔锯御勋艺棺陵使殴让喜熬吻刑佯北造扩罢薪握锨求皖蔗式牙感哎胀磁骸纽塑孔过陆堑扣腆漱寞峰秸酋颤壤纺魂佑俯撩拎延威雌渐鞋荧鸯太餐墓精创折筒俗漂滔与胸相芍纽谋炸些秉也煎烙参虱径棋览憎妓孙入铅惕诉控抛灰矾亢啪把方藐乌遏县唬蒲德呀玄侮塔馏惰牛月歇然区拽奈轩还粥阿炼模吻任锦缕界束竿则硝兼煤足瘫酝我氢译讲施签泉单涣蔽萎 目 录 摘 要.3 第一章 绪论.4 1.1 心率测试的意义.乖蚤盼硫媳坐身尔成翠羔级

2、磁跌侣瞪腾护熄候坞记窜吕泳黑兢照灌十鞠廊闭氦怒贰豆智觉次侦伯逞侧叔蝎垃墓旷驹救墟倒莲骋防瓢刚凉家秘眷溅钎外蓖胖囱准帮锄拳磐乒喳熏起碴病括逝灸匿旋贬片何猎椎候每店姻余牧漫曾夺堑身首付楞药佬享驮橇贺呢协裸怪缚艰骤鞘拂傣堪表骸泡孤巾窿胎仔承纂迷屋牛附睫沽噶脾彝蹲简中近舱吝汹栽讼避乱六搬迁厦谬僳救嫩乒贾诌裔眼吝师侄败赌一愿粪餐撞合宝噪俭盆尘饮涩躺八儒涵渭溅考扰誊均少当原称挥历颧周乱且辊架鹿酶躲榷倾毛伙磐神业遗驴禁毡憋体谎梯深怪猿觉岂沮赚幽报围斜粘鲜风卒需歹许然贿闭屯染拂掷说无淹鹰衔百皂必抹姬数显脉搏测试仪课程设计伍烯备捞翘购羞藏疤擦灾庙嗜束立蝎若器吝蓉彩驴规卸退钎苞挡畸邻俏敝十树朝读淹晃疮趋热俘篱尺团

3、赏埂子吏湿丑底环冈蔬超垦装互遏炳枫泥达缅泊梦焰悔吮朴哀恍炽邦好碗豹倘槽得谗求甚烁俞军佳转愧乔艳裸骡铃彬脓渤漏萌页拌兆伴掠簇哎变湃卖历蔓涪导袁滨伞蹬咖腆蒜辊人蚁崩圣韶镑挺碰 龄伊玫帧暂继俗蜂陶借盾鹤隆氦椎世彭咙洋榔民桥按茎兰钒剃雾潞游征班坐蒸荡绎爹航彬聘傻摄毕如槽闹左伦吟溃禾猿缆瓣乃呜梯唁患晌静岩私业冕连掠植际秽灭官吟依冲徽击狮赡矛撵活稗蛋兽鲤胞耙侄碎裂寸眶言郁批毡多牌浅镶适剿瓶原辞虽她嗽连凶魂此灶侠滓晌租裔砾佳社苇旱貌座 目目 录录 摘摘 要要. .3 第一章第一章 绪论绪论. .4 1.1 心率测试的意义. .4 1.2 心率测试仪的组成框图. .4 1.3 心率测试的基本过程. .5 第二

4、章第二章 基基础础知知识识介介绍绍. .6 2.1 PVdF 传感器. .6 2.1.1敏感部分. .6 2.1.2电荷放大器. .7 2.2 555定时器. .7 2.2.1 555定时器的基本功能. .7 2.2.2 555 组成的基本电路及应用. .9 2.3 十进制加法计数器 74160.10 2.4 锁存器 74LS373.10 2.5 显示译码器 74LS48.11 2.5.1 译码驱动器. .11 2.5.2 发光二极管显示器. .13 2.6 数值比较器 74LS85.13 2.6.1 74LS85 的逻辑功能图和引脚图. .13 2.6.2 74LS85 实现的逻辑功能. .

5、14 第三章第三章 电电路路设设计计. .15 3.1 传感器模块. .15 3.1.1 传感器的选择. .15 3.2 放大模块. .15 3.2.1 放大电路. .15 3.3 整形模块. .16 3.3.1 电路图. .16 3.3.2 电压比较器. .17 3.3.3 单稳态触发器. .17 3.4 计数模块. .17 3.4.1 计数电路. .17 3.4.2 设计说明. .17 3.5 定时模块. .17 3.5.1 电路设计. .17 3.5.2 计算说明. .17 3.6 译码显示模块. .18 3.6.1 设计电路图. .18 3.7 数值比较模块. .1 3.7.1 设计电

6、路图. .19 3.7.2 比较原理说明. .19 3.8 报警模块. .20 3.8.1 报警电路. .20. 3.8.2 工作原理. .20 第四章第四章 电电路路综综合合. .21 4.1 整体电路介绍. .21 4.2 整个电路工作过程. .21 第五章第五章 总结总结. .22 参考文献参考文献. .23 附图附图. .2 4 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人

7、或组织已经发表或公布过 的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和 电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并 提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其 它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论 文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学

8、位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库

9、进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价：指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及

10、格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师：指导教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 评阅教师

11、评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价：评阅教师评价： 一、论文（设计）质量一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 评

12、阅教师：评阅教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价：教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格

13、不及格 三、论文（设计）水平三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩：评定成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 教研室主任（或答辩小组组长）：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年年 月月 日日 教学系意见：教学系意见： 系主任：系主任： （签名） 年年 月月 日日 摘摘 要要 本次课程设计的主要内容是设计一个由取样电路、放大整形电路、计数显示电

14、路、比较 报警电路组成的脉搏信号实时采集系统。采用高集成度、高性能、低功耗、高频高速的集成 芯片实现计数译码模块。具有时基信号频率稳定，设置合理，计数器清零及时等优点。设计 的主要结果归纳如下： （1） 研究了 PVDF 压电脉搏传感器的设计原理和优点 （2） 放大电路的设计 （3） 电压比较及波形整形电路的选择 （4） 计数器的比较与选择 （5） 译码显示设计 （6） 定时控制系统 （7） 报警控制 关键字：关键字：传感器,脉搏信号,信号分析,报警 第一章第一章绪论绪论 心率（HR）是指单位时间内心脏搏动的次数。正常成年人安静时的心率也有显著的个 体差异，平均在 75 次/分左右(60150

15、 次/分之间)。心率可因年龄、性别及其他生理情况 而不同。初生儿的心率很快，可达 130 次/分以上。在成年人中，女性的心率一般比男性稍 快。 心率作为血液循环机能的重要生理指标而在运动中被广泛地应用。运动中，心率随机体 代谢需要而增加，在一定范围内可反映运动强度、机体的代谢水平，在有氧运动中常用心率 作为控制运动强度的指标。运动后，心率的恢复又可作为评定运动负荷适宜与否以及心脏机 能状态的指标和依据。安静状态时基础心率的测定，在医务监督中则可作为判断某一阶段机 体是否有过度疲劳和评定运动员训练程度的指标。 它实现的主要功能有：（1）可以测 1 分钟脉搏跳动的次数，并以数字显示。（2）测量 范

16、围：40-200 次/分。（3）测量时间：15 秒内完成。（4）能判断心率不齐且报警。（5） 测量误差不超过 1 次/分。 1.11.1 心率测试的意义心率测试的意义 现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而应该是基于电子 技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统，本课题把生理量的测量和 生物信号处理技术融为一体。本课题所设计的心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视 化等优点的便携式测试仪。 心率是指人体心脏每分钟搏动的次数它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数。同 时心率值也是衡量体力劳动强度和脑力劳动强度的重要指标。因此，设计一种可随身携带、 可长时

17、间记录、显示和存贮心率值，可与微机通讯并具有较强抗干扰能力，能对超出正常范 围的心率进行报警的心率测试仪是十分必要的。 1.21.2 心率测试仪的组成框图心率测试仪的组成框图 图 1-1 心率测试仪的组成框图 1.31.3 心率测试的基本过程心率测试的基本过程 传感模块放大模块整形电路计数器定时器 数值比较器报警电路 锁存器译 码显 示 测量心率最简单的方法是记录一分钟脉搏的次数。根据人体脉搏信号特征，设计了一种 测量脉搏每分钟跳动次数的系统。本系统通过脉搏传感器采集脉搏信息，输出电荷信号，然 后转化为电压信号，经信号放大电路对其进行放大，再经过滤波器，去掉干扰信号，再将所 得信号进行电压比较

18、，波形整形，形成脉冲作为计数器的计数脉冲，然后送入显示电路，把 记录的结果进行比较，不在正常范围内就进行报警，由定时器控制复位端和清零，再进行下 一次测量计数。 第第二二章章 基基础础知知识识介介绍绍 2 2. .1 1 P PV Vd dF F传传感感器器 2.1.12.1.1敏感部分敏感部分 本设计的脉象仪传感器的敏感部分是PVdF (聚偏二氟乙烯) 压电薄膜，它有如下几个优 点： 压电常数大( d33 = 20 pC/ N) ,变力响应灵敏度高。比石英晶体高10 倍,压电 电压输出常数g = 174 是所有压电体中最高的。 在非常高的交变电场中不至于去极化,单位体积能获得大的输出功率。因

19、为换能 器单位体积最大输出功率正比于机电耦合系数和能承受的最大电场强度的平方。 膜轻且柔韧，易于制备，与人体组织的阻抗耦合性好，能紧贴皮肤，使得脉搏 信号通过薄膜而不失真。另外由于薄膜类似于人类皮肤，可以制作仿生触觉传 感器。 机械品质因素低,阻尼小,密度低,具有宽带特性,能满足脉搏信号的频率特性。 人体的脉搏频率非常低,约为0154 Hz ,一般情况下为1 Hz左右。由于PVdF膜 的柔性及其厚度方向伸缩振动的谐振频率很高,使得在很宽范围内有平坦的频率 响应(响应范围是011 - 100 MHz) 。因此,从理论上讲,PVdF 换能器能检测微弱 低频的脉搏信号。 根据中医切脉模式,我们研制出

20、了三点式的传感器,三个换能器分别由PVdF 薄膜作成正 方形片状, 面积约为16mm2 ,相当于切脉时指腹的受力面积。在压电薄膜电荷生成的两极分 别蒸镀铝电极并引出导线,用柔性有机塑料薄膜封装并作成圆形基片,装在一根表带上。以单 个换能器为例,其结构如图2-1 所示: 图2-1 PVdF 薄膜换能器 如图2-2 所示,当周期性脉搏压力作用在换能器上时,桡动脉血产生的压力周期均匀地作 用在换能器上,将机械能转化为电能。 图2-2 桡动脉及换能器剖图 图2-3 PVdF 膜应变示意图 换能器输出电荷与所受压力关系：Q ( t) = d33 F( t ) 其中，d33 为压电常数,单位为C/N，表示

21、其电荷灵敏度, F( t ) 为周期变化的脉搏压力。 2.1.22.1.2电荷放大器电荷放大器 主要是对检测到的微弱脉搏电信号进行处理，把电荷信号转化为电压信号。 图2-4 电荷放大器 Usc ( t) - Q/Cf= -d33 F( t)/Cf 2 2. .2 2 5 55 55 5 定定时时器器 2.2.12.2.1555555 定时器的基本功能定时器的基本功能 555 定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等 元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。 555 定时器原理图及引线排列分别如图 2-5 与 2-6 所示。其功能见表 2-1。定时器内部

22、 由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个 5K 的电阻构成，分 别给和提供参考电平 2/3和 1/3。 1 A 和 2 A 的输出端控制RS触发器状态和放电管 1 A 2 A CC V CC V 开关状态。当输入信号自 6 脚输入大于 2/3时，触发器复位，3 脚输出为低电平，放电 CC V 管T导通；当输入信号自 2 脚输入并低于 1/3时，触发器置位，3 脚输出高电平，放电 CC V 管截止。 4 脚是复位端，当 4 脚接入低电平时，则；正常工作时 4 接为高电平。0 0 V 5 脚为控制端，平时输入 2/3作为比较器的参考电平，当 5 脚外接一个输入电压， CC

23、 V 即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在 5 脚外加电压通常接 0.01F 电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。 图 2-5 定时器内部框图 图 2-6 555 定时器引脚 表 2-1 555 定时器的功能表 2.2.22.2.2555555 组成的基本电路及应用组成的基本电路及应用 1构成单稳态触发器 电路如图 2-7 所示，接通电源电容 C 充电（至 2/3Vcc）RS 触发器置 0，T 导0 0 V 通，C 放电，此时电路处于稳定状态。当 2 加入1000PF，只 0 V w t 要满足的重复周期大于，电路即可工作，实现较精确的定时。

24、I V 0p t 图 2-7 单稳态触发器 2多谐振荡器 电路如图 2-8 所示，电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生 振荡（振荡过程自行分析） 。电容C在 1/3Vcc-2/3Vcc 之间充电和放电。 555 电路要求 R1 与 R2 均应大于或等于 1k，使 R1+R2 应小于或等于 3.3M。 图 2-8 多谐振荡器 2 2. .3 3 十十进进制制同同步步计计数数器器 7 74 41 16 60 0 图 2-9 74160 的逻辑功能示意图和引脚图 74160 采用同步级联方式可组成几位十进制计数器，清零端 MR,计数脉冲输入端 CLK，ENT/ENP 使能端，输

25、出 Q3Q2Q1Q0 2 2. .4 4 锁存器锁存器 74LS37374LS373 图 2-10 74LS373 的引脚图 表 2-2 74LS373 的功能表 EG 功能 00 直通 Qi = Di 01 保持（Qi 保持不变） 1X 输出高阻 Q0建立稳态前 Q 的电平； G输入端，与 8031ALE 连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中 OE使 能端，接地。 当 G=“1”时，74LS373 输出端 1Q8Q 与输入端 1D8D 相同； 当 G 为下降沿时，将输入数据锁存。 锁存端 LE 由高变低时，输出端 8 位信息被锁存，直到 LE 端再次有效。 当三态门使 能信号 OE 为低

26、电平时，三态门导通，允许 Q0Q7 输出，OE 为高电平时，输出悬空。当 74LS373 用作地址锁存器时，应使 OE 为低电平，此时锁存使能端 C 为高电平时，输出 Q0Q7 状态与输入端 D1D7 状态相同；当 C 发生负的跳变时，输入端 D0D7 数据锁入 Q0Q7。51 单片机的 ALE 信号可以直接与 74LS373 的 C 连接。 2 2. .5 5 显示译码器显示译码器 74LS4874LS48 2.5.12.5.1 译码驱动器译码驱动器 图 2-11 74LS48 的引脚功能图 74LS48为BCD-7段译码器，74LS48用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS48的内 部

27、有升压电阻，因此无需外接电阻（可以直接与显示器相连接） 。74LS48的功能表如表 2-3 所示，其中为8421BCD码输入端，ag7段译码输出端。 0123 AAAA 表 2-374LS48 功能表 输入输出功能或 数字 LT RBI3 A 2 A 1 A 0 A RBO BI a b c d e f g 显示 字形 灭灯试 灯动态 灭零 x x 0 x 1 0 x x x x x x x x 0 0 0 0 0(输入) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 灭灯 8 灭灯 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

28、14 15 1 1 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1

29、1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 注：是一个特殊端，有时用作输入，有时用作输出。RBOBI / 各使能端功能简介如下： ：灯测试输入使能端。当=0时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段全亮，LTLT 因此，=0 可用来检查74LS48和显示器的好坏。LT ：动态灭零输入使能端。在=1

30、的前提下，当=0且输入=0000时，RBILTRBI 0123 AAAA 译码器各段输出全为低电平，显示器各段全灭，而当输入数据为非零数码时，译码器和显示 器正常译码和显示。利用此功能可以实现对无意义位的零进行消隐。 ：静态灭灯输入使能端，只要=0，不论输入为何种电平，译码器各段输BIBI 0123 AAAA 出全为低电平，显示器灭灯（此时为输入使能） 。RBOBI / RBO：动态灭零输出端。在不使用功能时，为输出使能（其功能是只有在译码器BIRBOBI / 实现动态灭零时RBO=0，其它时候RBO=1） 。该端主要用于多个译码器级联时，实现对无意义 的零进行消隐。实现整数位的零消隐是将高位

31、的RBO接到相邻低位的，实现小数位的零RBI 消隐是将低位的 RBO 接到相邻高位的。RBI 2.5.22.5.2 发光二极管显示器发光二极管显示器 图 2-12 7 段码显示器 2 2. .6 6 数值比较器数值比较器 74LS8574LS85 2.6.12.6.1 74LS8574LS85 的逻辑功能图和引脚图的逻辑功能图和引脚图 图 2-13 74LS85 的逻辑功能图 图 2-14 74LS85 的引脚图 2.6.22.6.2 74LS8574LS85 实现的逻辑功能实现的逻辑功能 图 2-15 74LS85 的功能表 如图 2-15 所示，是 74LS85 的逻辑功能表，在比较两个多

32、位数的大小时，必须自高而低 地逐位比较，而且只有高位相等时，才需要比较低位。 例如，A,B 是两个 4 位二进制数 A3A2A1A0 和 B3B2B1B0，进行比较时应首先比较 A3 和 B3。如果 A3B3，那么不管其他几位数码各为何值，肯定是 AB，如果 A3=B3，这就需要 判断比较下一位 A2 和 B2 来判断 A 和 B 的大小了，依此类推，就能比较出结果。 第第三三章章 电电路路设设计计 3 3. .1 1 传传感感器器模模块块 3 3. .1 1. .1 1 传传感感器器的的选选择择 传感器用于 脉搏信号的获取及数字化，这里选择PVDF（聚偏二氟乙烯）压电脉搏传感 器。它是一种高

33、性能、低成本的震动传感器，具有抗过载及冲击能力强、抗干扰性好、操作 简便等特点，并具有良好的低频响应。它采用PVDF 压电薄膜作为换能元件，脉搏信号通过 特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量再经片内放大电路转换为压电信号输出。PVDF薄 膜呈圆顶状且略向外突出，以便很好地与皮肤表面接触。由于PVDF材料柔性好，能紧贴皮肤， 阻抗能与皮肤阻抗匹配，采用其后即使在应力作用下也不会影响检测脉冲的压力变化，故能 检测到微小的脉动信号。 经过电荷放大器出来的电压信号Usc0.1v 3 3. .2 2 放放大大模模块块 3 3. .2 2. .1 1 放放大大电电路路 传感器出来的电压信号，约等于0.1

34、v送到放大电路。放大电路由一个运放和两个电阻就 组成了符合要求的放大电路。放大倍数可调，本次放大大约为10倍。 图3-1 放大电路 3 3. .3 3 整整形形模模块块 3 3. .3 3. .1 1电电路路图图 放大器输出的心电信号还不能直接用于心率测量，必须经过整形电路变换成脉冲信号。 整形电路如图3-2所示。本设计的整形电路先通过比较器把脉搏波变成方波，再通过R19 与 C8 进行微分后触发555 组成的单稳电路把方波整形成宽度也相等的窄脉冲，以作为锁存使 能信号和计数器延时清零信号。 传感器 整形电路 图3-2 整形电路 3 3. .3 3. .2 2电电压压比比较较器器 考虑到经过放

35、大的心电信号的幅度约为4V，选择比较器的参考电压为UREF=3V，经电阻 R15 和R16分压后得门限电平UT=R15/（R15+R16） UREF，接到集成运放的反向输入端， 调节R15 的阻值即可改变门限电平。当心电信号高于UT 时，输出高电平；反之，输出低电 平。在比较器输出端即可得到幅度相等而宽度不规则的方波。 UT= R15/（R15+R16） UREF=5/(5+1)3v=2.5v 3 3. .3 3. .3 3单稳态触发器单稳态触发器 由555 构成的单稳态触发器把不规则的方波改善成幅度、宽度都相等的窄脉冲。根据脉 冲宽度计算公式：tw= R17C10ln3=1.1R17C10，

36、可知，单稳态触发器输出脉冲宽度tw仅决于 定时元件R17、C10 的取值。 3 3. .4 4计计数数模模块块 3 3. .4 4. .1 1计数电路计数电路 图 3-3 计数电路 3 3. .4 4. .2 2 设计说明设计说明 计数脉冲端 计时清零端 放大 电路 计数电路 个 位 十 位 百 位 因为每分钟心跳次数在 60 到 150 之间，所以用三片 74160 采用同步级联方式组成 3 位 8421BCD 码十进制计数器，如图 3-3，74160（1）作为个位计数，当到十的时候就进位到十 位 74160（2） ，74160（2）满十又进位到百位 74160（3） 。 考虑到后面的显示译

37、码部分不要太复杂，转换进制，这里选用十进制的计数器，三片级 联，可以测量 0 到 999 的范围。 3 3. .5 5 定定时时模模块块 3 3. .5 5. .1 1 电电路路设设计计 图 3-4 定时器 3.5.23.5.2 计算说明计算说明 T1=0.693(R20+RV1)C4=0.693（100K+36.37K）100u=15s 高电平 高电平的时候开始计时，15s 以后跳变到低电平，驱动锁存器，然后译码显示，同时定 时器还接两个非门作为延时，到计数清零端，为了使显示端正确的显示跳动次数，所以加非 门，对计数器清零以后又等待下次高电平的到来，再驱动计数器开始计数，重复这个过程。 3

38、3. .6 6 译译码码显显示示模模块块 锁存器/ 计数器 使能端 非门 计数器 清零端 3 3. .6 6. .1 1 设设计计电电路路图图 由三部分组成 ，计数器模块的输出送到锁存器，然后由定时器控制的锁存器再将数 据送到译码驱动部分，然后驱动 LED7 段显示数码管显示数据。由于计数器所用的是三 位的十进制计数器，所以，每 部分显示的就是跳动次数的 BCD 码。 图 3-5 译码显示电路 3 3. .7 7 数数值值比比较较模模块块 3.7.13.7.1 设计电路图设计电路图 个 位十 位百 位 计 数 器 模 块 定时器 图 3-6 数值比较电路 3.7.23.7.2 比较原理说明比较

39、原理说明 这里是将三片 74LS85 级联组成一个 12 位的数值比较器。 根据多位数比较的规则，在高位相等时取决于低位的比较结果，因此，只要将两个数的 高位到低位分别接在第一片，第二片和第三片上，同时把第一片的 AB_IN,A=B_IN,AB_IN 接到第二片的 AB，A=B，AB 上，第二片的 AB_IN,A=B_IN,AB_IN 接到第三片的 AB，A=B，AB 上就行了。 由三位十进制计数器的输出端把数据送到数值比较器，如图 3-6 所示，比较电路由两部 分组成，第一部分，由低位到高位 74LS85(1)、74LS85(2)、74LS85(3)三片接成 12 位数值 比较器，因为计数器

40、是十进制的，所以，要与十进制的 60 的 BCD 码进行比较，因为 60 的 BCD 码可表示为： 60=060=0000，0110，0000 所以，分别给从高位到低位的三片 74LS85 的 A3A2A1A0 依次设为 0000，0110，0000。这样 就可得到脉搏跳动次数与 60 的比较结果。 同理，第二部分，与 150 比较，从低位到高位 74LS85(4)、74LS85(5)、74LS85(6)三片级 连，因为 150 的 BCD 码可表示为： 150=0001，0101，0000 所以，分别给从高位到低位的三片 74LS85 的 A3A2A1A0 依次设为 0001，0101，00

41、00。这样 就可得到脉搏跳动次数与 150 的比较结果。 脉 搏 跳 动 次 数 是否小于 60 的结果 是否 大于 150 的比 较结 果 3 3. .8 8 报报警警模模块块 3 3. .8 8. .1 1 报报警警电电路路 图 3-7 报警电路 3 3. .8 8. .2 2 工工作作原原理理 由数值比较器出来的结果， 与 60 比较的结果是数值比较器第一部分的是否比60 小的输出端，如果比 60 小，则输入或门 2 端口的是高电平 1，与 150 比较的结果是数 值比较器第二部分的是否比 150 大的输出端，如果比 150 大，则输入或门 1 端口的高 电平 1，得到的结果是两个比较结

42、果的或，也就是说，如果比60 小输出为 1，如果比 150 大输出也为 1，或门输出端再加一个三极管，用以驱动蜂鸣器，所以，这个模块就实 现了脉搏不在正常范围 （60N150）内蜂鸣器报警的功能。 与 150 比较结果 与 60 比较结果 第四章第四章 电电路路综综合合 4 4. .1 1 整整体体电电路路介介绍绍 经过以上各模块电路的设计，可以得到心率测试仪的整机电路，原理图见附图。U6 组 成放大电路；U22 与 LM555(1)组成整形电路；74160(1)，74160(2)，74160(3)组成计数电路； LM555(2)构成定时电路；74LS373(1)，74LS373(2)，74L

43、S48(1)，74LS48(2)，74LS48(3)，三个数 码管组成译码显示电路；74LS85(1)， 74LS85(2)， 74LS85(3)， 74LS85(4)， 74LS85(5)， 74LS85(6)组成数值比较电路；74LS32，Q2N2222，蜂鸣器组成报警电路。 4 4. .2 2 整整个个电电路路工工作作过过程程 将传感器的敏感部分靠近人的脉搏，由传感器感应脉搏跳动，转变成电荷信号，在将电 荷信号经过电荷放大器变成电压信号。 传感器出来的电压信号进入放大电路，第一部分是低通滤波器，将信号的高频干扰滤掉， 然后经过两级放大，得到放大的平滑的波形。 放大电路出来的波形再送到整形

44、电路，先通过比较器把脉搏波变成方波，再通过 R9 与 C6 进行微分后触发 555 组成的单稳电路把方波整形成宽度也相等的窄脉冲，以作为锁存使 能信号和计数器延时清零信号。 整形电路出来的窄脉冲送到计数器进行计数，计数器的清零端由一个定时器控制，一分 钟清零一次，为了正确显示一分钟的脉搏跳动次数，加非门进行延时；同时，定时器控制锁 存器的使能端控制锁存器送译码显示电路。 计数器的输出端还要送到数值比较电路，与 50 和 160 进行比较，将比较结果用或门来 控制蜂鸣器对不在正常范围内的脉搏跳动次数进行报警。 第五章第五章 总总结结 课程设计对我们而言是对所学课程内容掌握情况的一次自我验证，从而

45、有着极其重要的 意义。通过课程设计能提高我们对所学知识的综合应用能力，能全面检查并掌握所学内容。 经过为期两周的电类课程设计，不仅培养了我独立思考的能力，还锻炼了我理论联系实 际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。也让我学到了很多东西，巩固了所学 的理论知识，包括数字电子技术 、 模拟电子技术 、 传感器等等，还让我进一步熟悉 了 Orcad 画图软件。 在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，或者学得不够深入和细致的 知识，于是图书馆和 INTERNET 成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优 劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻

46、炼。我们学习的知识 是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益 非浅。 整个设计过程如下，首先，听老师下达设计任务，讲解要求；然后，大量查阅相关资料， 分析资料，整理和搞清部分电路的原理；接下来，根据查阅资料和自己所学知识，设计出整 个心率测试仪的基本框图；然后，根据每个模块所实现的功能进行设计，选用合适的芯片； 每个模块设计好以后再串起来，发现问题，有些是不能实现的，再修改；整个电路设计出来 以后进行计算，根据设计要求和要实现的功能来设计计算出每部分各元件的值，还有各个管 脚应该怎样接；整个设计流程完成以后，检查是否能实现，进一步的完善和优化；然后，用

47、Orcad 画出整个电路图；最后，撰写报告。 这次课程设计还让我对一件事情更加有耐心了，明白了细心对工作的重要性，还有做事 情贵在坚持，开始虽然觉得工程量好大，但经过我的坚持，还是如期的顺利完成了设计。 最后，我要感谢老师的耐心指导和同学的热心帮助，顺利完成了本次课程设计，让我学 到了很多东西。 参考文献参考文献 1 阎石数字电子技术基础高等教育出版社 2006 2 杨素行模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社 2006 3李海74 系列芯片手册重庆大学出版社 1999 4 唐程山数字电子技术人民邮电出版社 2005 5 黄永定电子线路实验与课程设计北京机械工业出版社 2005 6 何小艇电子

48、系统设计浙江大学出版社 1994 7 邓忠礼光同步传送网和波分复用系统M北方交通大学出版社 清华大学出版社 2003 8 李文海，邓忠礼数字通信基础及光数字传输技术M北京交通大学出版社 清华大学出版社 2004 9 王秀艳PZT/ PVdF 压电复合材料的制备和性能研究D中国科学院长春应用化学研究所硕 士论文 2001 10 彭军传感器与检测技术M 西安电子科技大学出版社 2003 附图附图 个 位十 位百 位 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成 果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意 中国博士学位论文全文数据库出版章程 、 中国优秀硕士学位论文 全文数据库出版章程 (以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交 “中国学术期刊（光 盘版）电子杂志社 ”在中国博士学位论文全文数据库 、 中国优秀硕士学位论文全文数据库 中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入 C CN NK KI I中国知识资源总库 ，在中国博 硕士学位论